CN113346488B - 计及移动应急资源调度的城市配电网恢复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种计及移动应急资源调度的城市配电网恢复方法，包括：考虑移动发电资源到达故障处时间的约束建立移动发电资源约束模型；考虑维修人员修复线路的约束建立拓扑约束模型；以负荷的加权供电时间最大化为目标，以运行约束、移动发电资源约束模型、拓扑约束模型和负荷状态约束为约束条件，建立考虑移动应急资源调度的多时段城市配电网故障恢复模型；对考虑移动应急资源调度的多时段城市配电网故障恢复模型求解，根据求解结果对城市配电网进行移动应急资源调度。本方法可以得到最优恢复策略，以实现快速生成恢复策略，保障重要负荷供电、减少负荷断电时间的目的。

Description

计及移动应急资源调度的城市配电网恢复方法
技术领域
本发明涉及电网技术领域，尤其涉及一种计及移动应急资源调度的城市配电网恢复方法。
背景技术
由于小概率高风险的极端事件发生，会导致电网的变电站、线路等关键电力设施损坏，从而导致区域的停电事件。随着停电时间的增加，区域内重要负荷不断失去电力供应，此时故障就会从电网蔓延到多个层面，进而导致损失不断扩大，严重时甚至会导致人员伤亡。大停电事件下，配电网与大电网的连接断开，导致配电网失去了重要的电力来源，而本地的发电资源，如储能和独立的燃料发电机等受限于储存的电量或燃料的有限，无法提供长时间的供电，因此移动应急资源的加入就显得格外重要。
针对考虑移动应急资源的配电网故障恢复问题，国内外已有学者进行相关的研究，提出了利用移动应急资源提升故障后负荷恢复效率的方法，但是仅考虑单一的电源类型；提出了包括移动储能、移动发电机等设施参与的配电网故障恢复策略，但未考虑维修人员修复线路的情况；提出了极端事件后利用抢修人员调度实现网络重构的恢复方法，但未考虑本地发电资源匮乏，需要移动发电资源支援的情况。在极端事件发生时，配电网与输电网的连接断开，配电网的所有负荷处于失电状态。此时有配备应急电源的负荷可以维持自身短时间的供电，但考虑到全网完全恢复供电的时间较长，配备的应急电源无法支撑到全网恢复，使得在大停电事故下，通过移动应急资源的支援十分必要。
因此，需要一种可以快速生成恢复策略，保障重要负荷供电、减少负荷断电时间城市配电网恢复方法。
发明内容
本发明提供了一种计及移动应急资源调度的城市配电网恢复方法，以解决现有技术问题中存在的缺陷。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
一种计及移动应急资源调度的城市配电网恢复方法，包括：
考虑移动发电资源到达故障处时间的约束建立移动发电资源约束模型；
考虑维修人员修复线路的约束建立拓扑约束模型；
以负荷的加权供电时间最大化为目标，以运行约束、移动发电资源约束模型、拓扑约束模型和负荷状态约束为约束条件，建立考虑移动应急资源调度的多时段城市配电网故障恢复模型；
对所述考虑移动应急资源调度的多时段城市配电网故障恢复模型求解，根据求解结果对城市配电网进行移动应急资源调度。
优选地，移动发电资源约束模型如下式(1)-(6)所示：
Figure BDA0003108011650000021
Figure BDA0003108011650000022
Figure BDA0003108011650000023
Figure BDA0003108011650000024
Figure BDA0003108011650000025
其中，
Figure BDA0003108011650000026
为所有移动发电机的集合，
Figure BDA00031080116500000214
表示故障恢复的总时间段，
Figure BDA0003108011650000027
为0-1变量，表示移动电源g在t时段是否已经到达故障目的地，若已到达，则
Figure BDA0003108011650000028
为1，若未到达则
Figure BDA0003108011650000029
为为0，且
Figure BDA00031080116500000210
满足
Figure BDA00031080116500000211
Pg,min、Qg,min、Pg,rate、Qg,rate均为常量，分别表示移动发电机g的最小有功功率、最小无功功率、额定有功功率、额定无功功率，
Figure BDA00031080116500000212
和
Figure BDA00031080116500000213
分别表示移动电源g在t时段发出的有功功率和无功功率；
Figure BDA0003108011650000031
为所有移动储能的集合，
Figure BDA0003108011650000032
为所有电动巴士的集合，
Figure BDA0003108011650000033
为常量，表示移动储能g的最大充电功率、最大放电功率；ΔT表示每个时间段的长度，单位为分钟，
Figure BDA0003108011650000034
为常量，表示移动发电机g存储的能量；t'表示移动应急电源投入运行的所有时间段，
Figure BDA0003108011650000035
SoCg,min、SoCg,max和λg均为常量，表示移动储能g的初始荷电状态、荷电状态最小值、荷电状态最大值、能量与荷电状态的转换系数；
Figure BDA0003108011650000036
表示电网中所有移动电源可接入的节点，
Figure BDA0003108011650000037
表示所有移动应急电源的集合，
Figure BDA0003108011650000038
和
Figure BDA0003108011650000039
表示移动电源通过节点i向配电网注入的有功和无功功率；
式(1)表示移动发电机的功率约束，式(2)表示移动储能和电动巴士的功率约束，若移动发电资源未到达故障目的地，则约束由
Figure BDA00031080116500000310
限制，其功率为0，若移动发电资源到达故障目的地，则由指定的上下限进行约束；式(3)-(4)表示移动应急电源的能量约束；式(5)表示移动电源由接入点向配电网注入的功率表达式。
优选地，拓扑约束模型如下式(6)-(10)所示：
∑(i,j)∈Eαij＝|N|-|R| (6)
Figure BDA00031080116500000311
Figure BDA00031080116500000312
Figure BDA00031080116500000313
Figure BDA00031080116500000314
其中，(i,j)表示线路i→j，E为线路构成的集合，αij表示线路恢复状态，若线路恢复即αij＝1，若未恢复则为0；N为节点构成的集合，R为根节点构成的集合；N\R表示不包括根节点以外的节点集合，Fij和Di分别为线路ij的虚拟潮流和节点的虚拟负荷需求,Fhi表示线路hi的虚拟潮流；αij表示线路恢复状态，若线路恢复即αij＝1，若未恢复则为0，M为正实数，取值应大于Fij的最大值；
Figure BDA00031080116500000315
表示故障区域l内所有节点的集合，
Figure BDA00031080116500000316
表示故障区域l内所有线路的集合，
Figure BDA00031080116500000317
表示故障恢复的总时间段，
Figure BDA0003108011650000041
表示t时段所有可用节点的集合，
Figure BDA0003108011650000042
表示在t+Tl时段所有可用点的集合，
Figure BDA0003108011650000043
表示在t+Tl-1时段所有可用点的集合，σi t表示维修人员在t时段是否已经到达目的地，若已到达为1，否则为0；εl表示故障区域l内所有线路的集合，ε(t)表示t时段所有可用线路的集合，ε(t+Tl)表示在t+Tl时段所有可用线路的集合，ε(t+Tl-1)表示在t+Tl-1时段所有可用线路的集合，αij t表示t时段线路恢复状态，若线路恢复即αij t＝1，若未恢复则αij t＝0。
优选地，以负荷的加权供电时间最大化为目标的目标函数如下式(11)所示：
maxf1＝∑i∈L∑t∈Twiγi,t (11)
其中，L为所有负荷构成的集合，T为总断电时段，wi表示负荷i的权重系数，在恢复时会优先保证权重系数相对较大的负荷的供电；γi,t为负荷i在时段t的恢复状态变量，为1时表示负荷i在t时段已恢复，为0时则表示未恢复。
优选地，运行约束如下式(12)-(17)所示：
Figure BDA0003108011650000044
Figure BDA0003108011650000045
Figure BDA0003108011650000046
Figure BDA0003108011650000047
Figure BDA0003108011650000048
Figure BDA0003108011650000049
其中，
Figure BDA00031080116500000410
为节点构成的集合，Λij为向量变量，取自变量矩阵Sij中的对角线元素，
Figure BDA0003108011650000051
表示αi相上的Λij，si表示节点i的系统注入功率；ε为系统内所有可用线路构成的集合，矩阵变量Xij为中间变量，矩阵变量Vi＝vivi H表示节点i的电压向量和其电压向量共轭转置的乘积，
Figure BDA0003108011650000052
表示αij相上的Vi，
Figure BDA0003108011650000053
表示支路ij的阻抗矩阵，aij表示线路的恢复状态，若该线路恢复则aij＝1，若未恢复则为aij＝0，M为正实数，取值大于Xij的最大值，ones(|αij|)表示生成一个维度为|αij|的全为1的矩阵；δ为常数矩阵，且
Figure BDA0003108011650000054
μ＝e-j2π/3；函数DIAG(·)表示取括号内向量各个元素为对角线元素形成对角矩阵；
Figure BDA0003108011650000055
分别为系统内所有电源节点构成的集合，Pmin,i和Prate,i分别表示发电机的最小有功出力和额定有功出力，Qmin,i和Qrate,i分别表示发电机的最小无功出力和额定无功出力，pgen,i和qgen,i分别表示发电机的有功和无功出力值，定义为该节点上负荷的功率与注入网络的功率之和，γi表示负荷的恢复状态，若该负荷恢复即γi＝1，若未恢复则为0，αi表示所有相位的集合，
Figure BDA0003108011650000056
表示φ相的系统注入有功功率，
Figure BDA0003108011650000057
表示φ相的有功负荷，
Figure BDA0003108011650000058
表示φ相的系统注入无功功率，
Figure BDA0003108011650000059
表示φ相的无功负荷；vi,min和vi,max表示节点电压的最大值和最小值。
优选地，负荷状态约束如下式(18)所示：
Figure BDA00031080116500000510
其中，γi,t表示在t时刻节点i的负荷状态，γi,t-1表示在t-1时刻节点i的负荷状态，γi,t为1表示该负荷已经恢复，γi,t为0表示该负荷未被恢复，式(18)表示负荷状态在变为1之后，不会再变回0，即已经恢复的负荷不会再次失去电力供应。
由上述本发明的计及移动应急资源调度的城市配电网恢复方法提供的技术方案可以看出，本发明将应急发电资源投入恢复的时间、维修人员修复故障线路的时间加以考虑，以最大化负荷的加权供电时间为目标，以负荷状态、线路状态和发电资源出力情况作为优化变量，增加本地可利用资源和可利用线路约束，建立多时段的混合整数线性规划故障恢复模型，并利用商业优化软件求解，得到最优恢复策略，
最终达到快速生成恢复策略，可以作为停电事故下电网调度人员决策的参考，在抢修关键线路的同时通过本地资源、移动发电资源的协调配合为关键负荷供电，保障重要负荷供电、减少负荷断电时间,减少因为电能断供带来的各类损失。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例的计及移动应急资源调度的城市配电网恢复方法流程示意图；
图2测试系统拓扑图；
图3为恢复策略求解结果图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤的组。应该理解，这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且并不构成对本发明实施例的限定。
实施例
移动应急资源可以包括移动发电资源和维修人员：移动发电资源包括移动应急发电机、移动应急储能和电动巴士等，在故障发生之后，根据电网调度中心的安排，各资源向对应的维修点行进，在到达指定位置、接入电网后，作为发电资源提供出力；维修人员则前往故障的线路处，对线路实施维修。但由于故障发生的位置具有不确定性，同时根据当天的通信状况、天气状况和道路拥挤情况，调度中心给出方案的时间、移动资源到达故障点的时间都具有不确定性，因此也需要考虑到移动应急资源到达时间的因素。
由于移动应急资源携带的电量有限，因此需要综合时间维度，防止出现单时段为了恢复尽可能多的负荷，导致能量快速耗尽致使负荷再次断电的事故发生。
本实施例提供了一种计及移动应急资源调度的城市配电网恢复方法，旨在提出考虑移动应急资源调度的城市配电网恢复方法，考虑断电场景下移动发电资源和本地资源的协调配合，维修人员的线路抢修工作等，实现减少重要负荷失电带来的损失和影响。图1为本实施例的一种计及移动应急资源调度的城市配电网恢复方法流程示意图，具体步骤如下：
S1考虑移动发电资源到达故障处时间的约束建立移动发电资源约束模型。
在停电事故发生后，应急指挥中心在接到故障预警后，需要迅速进行应急响应，决策并对本地可调控的应急资源进行分配，生成当前最优的配电系统故障恢复策略。考虑到交通系统随时存在拥堵的情况，在得到应急指挥中心对移动发电资源的调度结果后，配电系统需要在停电期间需要实现最优的重要负荷动态恢复策略，以确定要恢复的负荷、供电时间、系统拓扑以及所有电源的输出。
故障发生时，应急指挥中心的首要任务是得出一套合理的调度方案，使分布在城市中的移动发电资源能够以最少的时间到达故障处。该步骤考虑的场景为：在故障后应急指挥中心已经给出具体的调度方案，且应急发电机、应急储能与电动巴士均按照调度方案规定的时间到达各自的故障点，即可以开始用于系统的恢复，本实施例根据上述内容进行处理得到的移动发电资源约束模型如下式(1)-(6)所示：
Figure BDA0003108011650000081
Figure BDA0003108011650000082
Figure BDA0003108011650000083
Figure BDA0003108011650000084
Figure BDA0003108011650000085
其中，
Figure BDA0003108011650000086
为所有移动发电机的集合，
Figure BDA0003108011650000087
表示故障恢复的总时间段，
Figure BDA0003108011650000088
为0-1变量，表示移动电源g在t时段是否已经到达故障目的地，若已到达，则
Figure BDA0003108011650000089
为1，若未到达则
Figure BDA00031080116500000810
为为0，且
Figure BDA00031080116500000811
满足
Figure BDA00031080116500000812
Pg,min、Qg,min、Pg,rate、Qg,rate均为常量，分别表示移动发电机g的最小有功功率、最小无功功率、额定有功功率、额定无功功率，
Figure BDA0003108011650000091
和
Figure BDA0003108011650000092
分别表示移动电源g在t时段发出的有功功率和无功功率；
Figure BDA0003108011650000093
为所有移动储能的集合，
Figure BDA0003108011650000094
为所有电动巴士的集合，
Figure BDA0003108011650000095
为常量，表示移动储能g的最大充电功率、最大放电功率；ΔT表示每个时间段的长度，单位为分钟，
Figure BDA0003108011650000096
为常量，表示移动发电机g存储的能量；t'表示移动应急电源投入运行的所有时间段，
Figure BDA0003108011650000097
SoCg,min、SoCg,max和λg均为常量，表示移动储能g的初始荷电状态、荷电状态最小值、荷电状态最大值、能量与荷电状态的转换系数；
Figure BDA0003108011650000098
表示电网中所有移动电源可接入的节点，
Figure BDA0003108011650000099
表示所有移动应急电源的集合，
Figure BDA00031080116500000910
和
Figure BDA00031080116500000911
表示移动电源通过节点i向配电网注入的有功和无功功率；
式(1)表示移动发电机的功率约束，式(2)表示移动储能和电动巴士的功率约束，若移动发电资源未到达故障目的地，则约束由
Figure BDA00031080116500000912
限制，其功率为0，若移动发电资源到达故障目的地，则由指定的上下限进行约束；式(3)-(4)表示移动应急电源的能量约束；式(5)表示移动电源由接入点向配电网注入的功率表达式。
S2考虑维修人员修复线路的约束建立拓扑约束模型。
在实际的故障情况下，在依靠本地电源、移动应急电源暂时恢复本地重要负荷的同时，维修人员也需要迅速的修复故障，使大电网向配电网的供电能够尽快恢复。在故障发生后，维修人员按照调度方案到达故障点进行线路的修复。在恢复的过程中，由于配电网仍需维持辐射状的结构，所以当故障线路修复完毕，重新投入使用时，恢复后的网络的拓扑结构可能会随之改变。进而得到的拓扑约束模型如下式(6)-(10)所示：
∑(i,j)∈Eαij＝|N|-|R| (6)
Figure BDA00031080116500000913
Figure BDA00031080116500000914
Figure BDA0003108011650000101
Figure BDA0003108011650000102
其中，(i,j)表示线路i→j，E为线路构成的集合，αij表示线路恢复状态，若线路恢复即αij＝1，若未恢复则为0；N为节点构成的集合，R为根节点构成的集合；N\R表示不包括根节点以外的节点集合，Fij和Di分别为线路ij的虚拟潮流和节点的虚拟负荷需求,Fhi表示线路hi的虚拟潮流；αij表示线路恢复状态，若线路恢复即αij＝1，若未恢复则为0，M为正实数，取值应大于Fij的最大值，本实施例中设置为1000；
Figure BDA0003108011650000103
表示故障区域l内所有节点的集合，
Figure BDA0003108011650000104
表示故障区域l内所有线路的集合，
Figure BDA0003108011650000105
表示故障恢复的总时间段，
Figure BDA0003108011650000106
表示t时段所有可用节点的集合，
Figure BDA0003108011650000107
表示在t+Tl时段所有可用点的集合，
Figure BDA0003108011650000108
表示在t+Tl-1时段所有可用点的集合，σi t表示维修人员在t时段是否已经到达目的地，若已到达为1，否则为0；εl表示故障区域l内所有线路的集合，ε(t)表示t时段所有可用线路的集合，ε(t+Tl)表示在t+Tl时段所有可用线路的集合，ε(t+Tl-1)表示在t+Tl-1时段所有可用线路的集合，αij t表示t时段线路恢复状态，若线路恢复即αij t＝1，若未恢复则αij t＝0。
式(6)-(8)为单商品流约束，通过该约束将网络限制为辐射状拓扑约束，其中，式(6)表示所有闭合线路的个数等于所有节点数减去根节点的数量，此约束为生成的拓扑图为树的必要条件；式(7)表示除了根节点以外的所有节点，满足流入的虚拟流等于流出的虚拟流；式(8)表示使用“大M法”区分线路闭合和断开两种情况，若线路闭合则对流过线路的虚拟流大小不做约束，若线路断开，则虚拟流为0。式(9)-(10)表示随着维修人员到达故障点和故障元件、线路的修复，式(9)表示在t+Tl时刻，可用点的集合为t+Tl-1的可用点集合加上维修人员到达故障点后修复的点集合；式(10)表示在t+Tl时刻，可用线路的集合为t+Tl-1的可用线路集合加上维修人员到达故障点后修复的线路的集合。由于整个网络内可用的节点、线路增多，通过将已修复的节点和线路重新纳入网络拓扑的重构，为故障恢复提供更多可能性。
由于配电网的运行需要满足辐射状拓扑的约束，因此在故障恢复的过程中，包括维修人员修复线路前后，都需要满足拓扑约束(6)-(8)，并且考虑到维修人员修复后的线路可以在故障恢复期间投入使用，因此系统需要满足约束(9)-(10)。
S3以负荷的加权供电时间最大化为目标，以运行约束、移动发电资源约束模型、拓扑约束模型和负荷状态约束为约束条件，建立考虑移动应急资源调度的多时段城市配电网故障恢复模型。
以负荷的加权供电时间最大化为目标的目标函数如下式(11)所示：
maxf1＝∑i∈L∑t∈Twiγi,t (11)
其中，L为所有负荷构成的集合，T为总断电时段，具体地，本实施例中设置为36个时段，即T＝36；wi表示负荷i的权重系数，在恢复时会优先保证权重系数相对较大的负荷的供电；γi,t为负荷i在时段t的恢复状态变量，为1时表示负荷i在t时段已恢复，为0时则表示未恢复。实际情况下，式(11)应表示为∑i∈L∑t∈Twiγi,tΔT，但由于ΔT为常量，为了减少计算步骤，本实施例在目标函数中省去。
运行约束如下式(12)-(17)所示：
Figure BDA0003108011650000111
Figure BDA0003108011650000112
Figure BDA0003108011650000113
Figure BDA0003108011650000114
Figure BDA0003108011650000121
Figure BDA0003108011650000122
其中，Λij为向量变量，取自变量矩阵Sij中的对角线元素，
Figure BDA0003108011650000123
表示αi相上的Λij，si表示节点i的系统注入功率；ε为系统内所有可用线路构成的集合，矩阵变量Xij为中间变量，矩阵变量Vi＝vivi H表示节点i的电压向量和其电压向量共轭转置的乘积，
Figure BDA0003108011650000124
表示αij相上的Vi，
Figure BDA0003108011650000125
表示支路ij的阻抗矩阵，aij表示线路的恢复状态，若该线路恢复即aij＝1，若未恢复则为0，M为正实数，取值大于Xij的最大值，优选地，本实施例中M为1000，ones(|αij|)表示生成一个维度为|αij|的全为1的矩阵；δ为常数矩阵，且
Figure BDA0003108011650000126
μ＝e-j2π/3；函数DIAG(·)表示取括号内向量各个元素为对角线元素形成对角矩阵；
Figure BDA0003108011650000127
分别为系统内所有电源节点构成的集合，Pmin,i和Prate,i分别表示发电机的最小有功出力和额定有功出力，Qmin,i和Qrate,i分别表示发电机的最小无功出力和额定无功出力，pgen,i和qgen,i分别表示发电机的有功和无功出力值，定义为该节点上负荷的功率与注入网络的功率之和，γi表示负荷的恢复状态，若该负荷恢复即γi＝1，若未恢复则为0，αi表示所有相位的集合，
Figure BDA0003108011650000128
表示φ相的系统注入有功功率，
Figure BDA0003108011650000129
表示φ相的有功负荷，
Figure BDA00031080116500001210
表示φ相的系统注入无功功率，
Figure BDA00031080116500001211
表示φ相的无功负荷；vi,min和vi,max表示节点电压的最大值和最小值。
式(12)是三相不对称潮流约束的线性化表达，其中，忽略网损，并且认为各相电压幅值接近，即
Figure BDA00031080116500001212
可以将半定规划模型转换为忽略网损的线性模型，以方便后续调用求解器求解，式(13)是线路i→j上两点的电压关系约束，第一个公式为变量Xij的定义，第二个公式引入aij，表示若该线路恢复即aij＝1，则公式成立，若该线路不恢复，则对两个节点的电压关系不做约束；(14)为Sij和Λij的关系式；式(15)为电源节点功率的约束，第一个约束表示发电机输出的有功功率要保持在最小有功功率和额定有功功率之间；第二个约束表示发电机输出的无功功率要保持在最小无功功率和额定无功功率之间；第三个约束表示电源节点的输出有功功率等于与该节点相连的各相负荷有功功率之和加上注入网络的有功功率；第四个约束表示电源节点的输出无功功率等于与该节点相连的各相负荷无功功率之和加上注入网络的无功功率；式(16)表示对于除电源节点外的所有节点，节点注入功率等于与其相连的所有负荷功率的相反数，若该节点无负荷，注入功率为0；式(17)为节点电压的幅值约束。
为了防止负荷状态在恢复过程中不断变化，需要对负荷状态的变化次数进行限制，在实际情况中表示防止负荷不断的供电再失电。由于负荷的二次断电会给其带来严重的损伤，因此需要对负荷状态进行约束，负荷状态约束如下式(18)所示：
Figure BDA0003108011650000131
其中，γi,t表示在t时刻节点i的负荷状态，γi,t-1表示在t-1时刻节点i的负荷状态，γi,t为1表示该负荷已经恢复，γi,t为0表示该负荷未被恢复，式(18)表示负荷状态在变为1之后，不会再变回0，即已经恢复的负荷不会再次失去电力供应。
最终得到考虑移动应急资源调度的多时段城市配电网故障恢复模型如上式(1)-(18)所示，
S4对考虑移动应急资源调度的多时段城市配电网故障恢复模型求解，根据求解结果对城市配电网进行移动应急资源调度。
求解模型后，得到的即是计及移动应急资源调度的城市配电网恢复方法的结果，包括被恢复的负荷，恢复后的网络拓扑与各电源、移动发电资源的出力情况和维修人员的线路修复情况。
以下是通过本实施例的计及移动应急资源调度的城市配电网恢复方法进行应用的算例：图2本应用例的测试系统拓扑图，参照图2，在图,2所示的测试系统中，一共有33个节点，负荷分为三个等级，一级重要负荷的权重系数为100，二级重要负荷的权重系数为10，普通负荷的权重系数为0.2。测试场景为极端事件后，测试系统表示的配电网与大电网连接中断，并且线路28-31、29-30因故障断开，测试系统内负荷全部断电。
具体应用步骤如下：
步骤一：根据图2所示故障情况，得出移动发电机、移动储能和电动巴士到达故障位置的时间。此处设置2台应急发电机分别在故障后第4、5时段到达各自对应的故障点进行恢复，1台应急储能在第6时刻到达，电动巴士在第2时刻到达。
步骤二：维修人员根据故障线路位置到达维修点，此处设置维修人员在第13个时段完成线路的修复。
步骤三：应用商用建模工具和求解器进行求解。
求解考虑应急发电资源和维修人员支援的配电网故障恢复问题，图3为恢复策略求解结果图，通过图3，可以看出，在考虑了移动应急资源调度后，网络中原本故障的节点、线路能够被恢复，并且可以减小系统的故障区域，给更多的负荷进行供电。下表1为本实施例方法与不考虑移动应急资源调度的恢复结果，通过表1可以看出，相比于不考虑移动应急资源调度的恢复方法，本专利提出的方法在算例测试中，可以在停电时保证一级负荷和二级负荷的供电，并且能够恢复少数的三级负荷，以减少停电带来的经济损失。最终得到采用本实施例的上述计及移动应急资源调度的城市配电网恢复方法的最优目标值为15725.4，该目标函数为负荷的加权供电时间，数值越大，说明恢复了更多重要程度高的负荷。
表1
Figure BDA0003108011650000151
本领域技术人员应能理解上述的应用类型仅为举例，其他现有的或今后可能出现的应用类型如可适用于本发明实施例，也应包含在本发明保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种计及移动应急资源调度的城市配电网恢复方法，其特征在于，包括：
考虑移动发电资源到达故障处时间的约束建立移动发电资源约束模型；
考虑维修人员修复线路的约束建立拓扑约束模型；
以负荷的加权供电时间最大化为目标，以运行约束、移动发电资源约束模型、拓扑约束模型和负荷状态约束为约束条件，建立考虑移动应急资源调度的多时段城市配电网故障恢复模型；
对所述考虑移动应急资源调度的多时段城市配电网故障恢复模型求解，根据求解结果对城市配电网进行移动应急资源调度；
所述移动发电资源约束模型如下式(1)-(5 )所示：
Figure FDA0003820882450000011
Figure FDA0003820882450000012
Figure FDA0003820882450000013
Figure FDA0003820882450000014
Figure FDA0003820882450000015
其中，
Figure FDA0003820882450000016
为所有移动发电机的集合，
Figure FDA0003820882450000017
表示故障恢复的总时间段，
Figure FDA0003820882450000018
为0-1变量，表示移动电源g在t时段是否已经到达故障目的地，若已到达，则
Figure FDA0003820882450000019
为1，若未到达则
Figure FDA00038208824500000110
为0，且
Figure FDA00038208824500000111
满足
Figure FDA00038208824500000112
Pg,min、Qg,min、Pg,rate、Qg,rate均为常量，分别表示移动发电机g的最小有功功率、最小无功功率、额定有功功率、额定无功功率，
Figure FDA00038208824500000113
和
Figure FDA00038208824500000114
分别表示移动电源g在t时段发出的有功功率和无功功率；
Figure FDA00038208824500000115
为所有移动储能的集合，
Figure FDA00038208824500000116
为所有电动巴士的集合，
Figure FDA00038208824500000117
为常量，表示移动储能g的最大充电功率、最大放电功率；ΔT表示每个时间段的长度，单位为分钟，
Figure FDA00038208824500000118
为常量，表示移动发电机g存储的能量；t′表示移动应急电源投入运行的所有时间段，
Figure FDA0003820882450000021
SoCg,min、SoCg,max和λg均为常量，表示移动储能g的初始荷电状态、荷电状态最小值、荷电状态最大值、能量与荷电状态的转换系数；
Figure FDA0003820882450000022
表示电网中所有移动电源可接入的节点，
Figure FDA0003820882450000023
表示所有移动应急电源的集合，
Figure FDA0003820882450000024
和
Figure FDA0003820882450000025
表示移动电源通过节点i向配电网注入的有功和无功功率；
式(1)表示移动发电机的功率约束，式(2)表示移动储能和电动巴士的功率约束，若移动发电资源未到达故障目的地，则约束由
Figure FDA0003820882450000026
限制，其功率为0，若移动发电资源到达故障目的地，则由指定的上下限进行约束；式(3)-(4)表示移动应急电源的能量约束；式(5)表示移动电源由接入点向配电网注入的功率表达式。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述拓扑约束模型如下式(6)-(10)所示：
∑(i，j)∈Eaij＝|N|-|R| (6)
Figure FDA0003820882450000027
Figure FDA0003820882450000028
Figure FDA0003820882450000029
Figure FDA00038208824500000210
其中，(i,j)表示线路i→j，E为线路构成的集合，αij表示线路恢复状态，若线路恢复即αij＝1，若未恢复则为0；N为节点构成的集合，R为根节点构成的集合；N\R表示不包括根节点以外的节点集合，Fij和Di分别为线路ij的虚拟潮流和节点的虚拟负荷需求,Fhi表示线路hi的虚拟潮流；αij表示线路恢复状态，若线路恢复即αij＝1，若未恢复则为0，M为正实数，取值应大于Fij的最大值；
Figure FDA00038208824500000211
表示故障区域l内所有节点的集合，
Figure FDA00038208824500000212
表示故障区域l内所有线路的集合，
Figure FDA00038208824500000213
表示故障恢复的总时间段，
Figure FDA00038208824500000214
表示t时段所有可用节点的集合，
Figure FDA00038208824500000215
表示在t+Tl时段所有可用点的集合，
Figure FDA00038208824500000216
表示在t+Tl-1 时段所有可用点的集合，σi t表示维修人员在t时段是否已经到达目的地，若已到达为1，否则为0；εl表示故障区域l内所有线路的集合，ε(t)表示t时段所有可用线路的集合，ε(t+Tl)表示在t+Tl时段所有可用线路的集合，ε(t+Tl-1)表示在t+Tl-1时段所有可用线路的集合，αij t表示t时段线路恢复状态，若线路恢复即αij t＝1，若未恢复则αij t＝0。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以负荷的加权供电时间最大化为目标的目标函数如下式(11)所示：
max f1＝∑i∈L∑t∈Twiγi，t (11)
其中，L为所有负荷构成的集合，T为总断电时段，wi表示负荷i的权重系数，在恢复时会优先保证权重系数相对较大的负荷的供电；γi,t为负荷i在时段t的恢复状态变量，为1时表示负荷i在t时段已恢复，为0时则表示未恢复。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运行约束如下式(12)-(17)所示：
Figure FDA0003820882450000031
Figure FDA0003820882450000032
Figure FDA0003820882450000033
Figure FDA0003820882450000034
Figure FDA0003820882450000035
Figure FDA0003820882450000036
其中，
Figure FDA0003820882450000037
为节点构成的集合，Λij为向量变量，取自变量矩阵Sij中的对角线元素，
Figure FDA0003820882450000038
表示αi相上的Λij，si表示节点i的系统注入功率；ε为系统内所有可用线路构成的集合，矩阵变量Xij为中间变量，矩阵变量Vi＝vivi H表示节点i的电压向量和其电压向量共轭转置的乘积，
Figure FDA0003820882450000041
表示αij相上的Vi，
Figure FDA0003820882450000042
表示支路ij的阻抗矩阵，aij表示线路的恢复状态，若该线路恢复则aij＝1，若未恢复则为aij＝0，M为正实数，取值大于Xij的最大值，ones(|αij|)表示生成一个维度为|αij|的全为1的矩阵；δ为常数矩阵，且
Figure FDA0003820882450000043
μ＝e-j2π/3；函数DIAG(·)表示取括号内向量各个元素为对角线元素形成对角矩阵；
Figure FDA0003820882450000049
分别为系统内所有电源节点构成的集合，Pmin,i和Prate,i分别表示发电机的最小有功出力和额定有功出力，Qmin,i和Qrate,i分别表示发电机的最小无功出力和额定无功出力，pgen,i和qgen,i分别表示发电机的有功和无功出力值，定义为该节点上负荷的功率与注入网络的功率之和，γi表示负荷的恢复状态，若该负荷恢复即γi＝1，若未恢复则为0，αi表示所有相位的集合，
Figure FDA0003820882450000044
表示φ相的系统注入有功功率，
Figure FDA0003820882450000045
表示φ相的有功负荷，
Figure FDA0003820882450000046
表示φ相的系统注入无功功率，
Figure FDA0003820882450000047
表示φ相的无功负荷；vi,min和vi,max表示节点电压的最大值和最小值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述负荷状态约束如下式(18)所示：
Figure FDA0003820882450000048
其中，γi,t表示在t时刻节点i的负荷状态，γi,t-1表示在t-1时刻节点i的负荷状态，γi,t为1表示该负荷已经恢复，γi,t为0表示该负荷未被恢复，式(18)表示负荷状态在变为1之后，不会再变回0，即已经恢复的负荷不会再次失去电力供应。
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